(57)【要約】【課題】より細い線を描画する場合であっても描画位置を安定させることが可能な描画装置、および描画方法を提供する。【解決手段】描画装置は、ノズル１から吐出される液状物質２によって基板４にパターンを描画する描画装置であって、静電力を用いて液状物質２をノズル１の先端１ａから吐出する吐出装置と、ノズル１の先端１ａと基板４とが距離Ｇを保持した状態を維持しつつ、基板４とノズル１とを相対移動させるステージ５と、静電力を液状物質２に印加するパルス電圧を発生するパルス電圧発生装置３とを備える。パルス電圧発生装置３は、繰返し発生するパルス電圧ＶＰに変動成分を付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから吐出される液状物質によって基板にパターンを描画する描画装置であって、
静電力を用いて液状物質を前記ノズルの先端から吐出する吐出装置と、
前記ノズルの先端と前記基板とが距離を保持した状態を維持しつつ、前記基板と前記ノズルとを相対移動させるステージと、
前記静電力を前記液状物質に印加するパルス電圧を発生するパルス電圧発生装置とを備え、
前記パルス電圧発生装置は、繰返し発生する前記パルス電圧に変動成分を付与する、描画装置。
【請求項２】
前記変動成分は前記パルス電圧の周期変動である、請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記変動成分は前記パルス電圧のデューティ比変動である、請求項１に記載の描画装置。
【請求項４】
前記変動成分は前記パルス電圧の電圧振幅変動である、請求項１に記載の描画装置。
【請求項５】
前記変動成分は、前記パルス電圧の周期変動、デューティ比変動、電圧振幅変動のうち、少なくとも２つの変動成分を含む、請求項１に記載の描画装置。
【請求項６】
前記変動成分は、前記描画装置を制御するソフトウェアの不規則なループ回数で時間を管理して変動を与える、請求項１に記載の描画装置。
【請求項７】
静電力を用いて液状物質を吐出するノズルと、前記ノズルとの距離を保持して対峙する基板とを相対移動しながら前記液状物質にパルス電圧を印加して前記基板にパターンを描画する描画方法であって、
前記パルス電圧として第１の波形を印加するステップと、
前記パルス電圧として、前記第１の波形に変動成分を付与した第２の波形を印加するステップとを備え、これらを選択して使用する、描画方法。
【請求項８】
前記変動成分は、前記パルス電圧の周期変動、デューティ比変動、電圧振幅変動のうちの一つ以上の変動成分を含む、請求項７に記載の描画方法。
【請求項９】
前記パルス電圧に付与する変動成分の割合は、周期、デューティ比、電圧振幅の設定値に対して５％以下に設定される、請求項８に記載の描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は描画装置および描画方法に関し、特に、基板の表面に液状物質を吐出してパターンを描画する描画装置および描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットを用いて基板の表面にパターンを描画する方法は、他の描画方法に比べてインクの利用効率が高く、作業工程を簡素化できる効果もあって、最近では様々な分野で利用されている。インクの吐出方法としては、圧電式や加熱式、静電吸引式などが知られている。より微細なパターンを描画するためには静電吸引式のインクジェット装置が用いられる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
静電吸引式のインクジェット装置では、ノズルに注入した液状物質にパルス電圧を印加する。これにより、ノズル先端から基板に向かって円錐状のテーラーコーンが形成され、テーラーコーンの頂部から基板表面に達するジェット流（液柱）が生じ、液状物質の一部が基板の上に移動して液滴を形成する。この状態でノズルと基板とを相対移動させることにより、基板の表面に所望の形状のパターンを描画することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８８２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
装置の高性能化のために描画パターンとしてさらに細い線が描画可能であることが求められる。より細い線を描画するためには、ジェット流を細く絞り、基板に塗布される液滴を少なく設定する必要がある。ジェット流を細く絞るには、ノズル先端と基板までの距離（描画距離）を広く設定する方法や、あるいは、印加パルス電圧の電圧を低くする方法などが考えられる。
【０００６】
しかし、細いジェット流は、太いジェット流に比べて基板表面の静電気の影響を受けやすい。ジェット流が細いと、帯電したジェット流が基板に向かって延びる際に、基板表面の静電気とジェット流の先端とが反発してジェット流が真っ直ぐに伸びることができずに曲げられる。このため、描画位置が指定位置から外れる、あるいは描画線の一部が曲がるといった現象が予想される。
【０００７】
この発明の目的は、より細い線を描画する場合（ジェット流を細く絞る場合）であっても描画位置（塗布位置）を安定させることが可能な描画装置、および描画方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、要約すると、ノズルから吐出される液状物質によって基板にパターンを描画する描画装置であって、静電力を用いて液状物質をノズルの先端から吐出する吐出装置と、ノズルの先端と基板とが距離を保持した状態を維持しつつ、基板とノズルとを相対移動させるステージと、静電力を液状物質に印加するパルス電圧を発生するパルス電圧発生装置とを備える。パルス電圧発生装置は、繰返し発生するパルス電圧に変動成分を付与する。
【０００９】
好ましくは、変動成分はパルス電圧の周期変動である。
好ましくは、変動成分はパルス電圧のデューティ比変動である。
【００１０】
好ましくは、変動成分はパルス電圧の電圧振幅変動である。
好ましくは、変動成分は、パルス電圧の周期変動、デューティ比変動、電圧振幅変動のうち、少なくとも２つの変動成分を含む。
【００１１】
好ましくは、変動成分は、描画装置を制御するソフトウェアの不規則なループ回数で時間を管理して変動を与える。
【００１２】
この発明は、他の局面では、静電力を用いて液状物質を吐出するノズルと、ノズルとの距離を保持して対峙する基板とを相対移動しながら液状物質にパルス電圧を印加して基板にパターンを描画する描画方法であって、パルス電圧として第１の波形を印加するステップと、パルス電圧として、第１の波形に変動成分を付与した第２の波形を印加するステップとを備える。
【００１３】
好ましくは、変動成分は、パルス電圧の周期変動、デューティ比変動、電圧振幅変動のうちの一つ以上の変動成分を含む。
【００１４】
より好ましくは、パルス電圧に付与する変動成分の割合は、周期、デューティ比、電圧振幅の設定値に対して５％以下に設定される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、静電力を液状物質に印加する高電圧パルス波形に変動成分（たとえば、パルス周波数、デューティ比、電圧などの変動）を付与することで、ジェット流の伸び縮みに通常よりも多めの振動を与えて直進性を高めることができる。また、パターン描画時に次第にジェット流の太さが大きく変わることを抑制して、パターン描画線の線幅を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による描画装置の要部を示す断面図である。
【図２】ジェット流２ｂの様子を詳細に示す図である。
【図３】描画装置を用いて基板４の表面に液状物質２のパターンを描画する方法を示す図である。
【図４】パルス電圧発生装置３の構成を示すブロック図である。
【図５】パルス電圧の周波数に与える変動について説明するための図である。
【図６】周波数が変動した場合のパルス電圧の形状を示した図である。
【図７】パルス電圧のデューティ比に与える変動について説明するための図である。
【図８】デューティ比が変動した場合のパルス電圧の形状を示した図である。
【図９】パルス電圧の振幅に与える変動について説明するための図である。
【図１０】振幅が変動した場合のパルス電圧の形状を示した図である。
【図１１】パルス生成手段３ａと変動パルス生成手段３ｂを使用してパターン２ｄを描画した場合の形状を模式的に示す図である。
【図１２】図１に示した描画装置の全体構成を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態１による描画装置の要部を示す断面図である。図１において、この描画装置は、静電吸引型のインクジェットノズル１と、パルス電圧発生装置３と、ＸＹステージ５と、描画装置全体を制御する制御装置７とを備える。ノズル１は、ガラス管を引き伸ばして先端径を微小に形成したものである。ノズル１の内部には液状物質（液体）２が注入され、パルス電圧発生装置３から出力されるパルス電圧ＶＰが液状物質２に印加可能になっている。基板４は、ＸＹステージ５の上に水平に固定される。ＸＹステージ５を駆動させることによって基板４の表面の所望の目標位置をノズル１の下方に位置決めすることが可能となっている。
【００１９】
描画動作時にはノズル１の先端１ａと基板４の表面とは、微小な描画距離Ｇを開けて対峙する。この状態でノズル１に注入した液状物質２にパルス電圧ＶＰを印加すると、ノズル１の先端１ａから基板４に向かって円錐状のテーラーコーン２ａが形成され、テーラーコーン２ａの頂部から基板４の表面に達するジェット流（液柱）２ｂが生じ、液状物質２の一部が基板４の表面上に移動して液滴２ｃが形成される。
【００２０】
図２は、ジェット流２ｂの様子を詳細に説明した図である。
パルス電圧ＶＰが液状物質２に印加されると、図２（ａ）に示すように帯電（図ではプラスに帯電）した液状物質２が基板４側に引き出されて円錐状のテーラーコーン２ａを形成し、テーラーコーンの頂部から基板４に向かってジェット流２ｂが延びていく。
【００２１】
その後もジェット流２ｂが成長して、図２（ｂ）に示すように液柱２ｂの先が基板４に接すると、基板４上に付着した液状物質２の電荷と液柱２ｂの電荷が同電位となって反発し、図２（ｃ）に示すようにジェット流２ｂは基板４から一瞬離れ、基板４の上には微量の液状物質２ｃが残る。
【００２２】
そして、基板４に付着した微量の液状物質２ｃの電荷が放電して下がると、図２（ｄ）に示すように再びジェット流２ｂの先端は基板４に接触する。
【００２３】
液状物質２にパルス電圧ＶＰを印加中、ジェット流２ｂの先端は基板４に接触したり離れたりを繰返して、基板４に付着する液状物質２ｃが増えていく。
【００２４】
このとき、付着した液状物質２ｃによって基板４の表面に発生した静電気による帯電量が多い場合には、ジェット流２ｂの直進性が悪くなり、ジェット流２ｂが曲げられ再接触時に基板４に付着する位置がずれる。位置のずれは、パターニングを行う際には、描画線が太くなる原因や、あるいは、パターン線が乱れる原因になる。
【００２５】
図３は、描画装置を用いて基板４の表面に液状物質２のパターンを描画する方法を示す図である。描画装置は、さらに、制御装置７によって制御されるＺ軸ステージ６を備える。ノズル１はＺ軸ステージ６に固定される。Ｚ軸ステージ６を駆動させることでノズル１を上下方向に移動させ、ノズル１の先端１ａと基板４の表面との間隔を所望の距離に設定することが可能となっている。Ｚ軸ステージ６を駆動させることでノズル１の先端１ａと基板４との間隔をパターニング可能な描画距離Ｇに調整する。
【００２６】
この状態でパルス電圧発生装置３から液状物質２にパルス電圧ＶＰを印加しながら、ＸＹステージ５を駆動させてノズル１と基板４とを水平方向に相対移動させることにより、任意形状のパターン２ｄを基板４の表面に描画することができる。ここでは、基板４を搭載したＸＹステージ５を駆動して相対移動させているが、ノズル１をＸＹ方向に移動させる形態であっても良い。描画が終了すると、Ｚ軸ステージ６によって、基板４から上方に大きく離れた待機位置にノズル１が移動される。
【００２７】
描画装置でより細いパターン２ｄを描画するためには、ジェット流２ｂを細く絞り、基板４に塗布される液滴２ｃを少なく設定する必要がある。ジェット流２ｂを細く絞るには、描画距離Ｇを広く設定する、パルス電圧ＶＰを低く設定する、あるいは、パルス周波数を上げるといったことが考えられる。
【００２８】
しかし、細いジェット流２ｂは、太いジェット流２ｂに比べて基板表面の静電気の影響を受けやすく、帯電したジェット流２ｂが基板４に達するまでに、基板表面の静電気とジェット流２ｂとが反発してジェット流２ｂが直進できずに曲げられて描画指定位置から外れたり、あるいはパターン２ｄの一部が曲がったりすることが想定される。
【００２９】
図４は、パルス電圧発生装置３の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、ジェット流２ｂの直進性を向上するため、図４に示すように、パルス電圧発生装置３内に変動パルス生成手段３ｂを設けている。
【００３０】
通常は、パルス生成手段３ａで形成した指令パルスが高電圧アンプ３ｃに入力されることでパルス電圧ＶＰを液状物質２に供給する。パルス生成手段３ａで形成される指令パルスの周波数、振幅、デューティ比は一定の値に安定している。
【００３１】
より細いパターンの描画が要求される場合など、ジェット流２ｂの直進性を高める必要がある場合には、変動パルス生成手段３ｂで生成される指令パルスが選択されて高電圧アンプ３ｃに入力される。切り替え手段３ｄは、パルス生成手段３ａと変動パルス生成手段３ｂから出力される指令パルスを選択するのに使用される。
【００３２】
変動パルス生成手段３ｂを有することで、パルス電圧ＶＰに変動（ゆらぎ）を与えて、図２で説明したジェット流２ｂの上下動や太さにわざと微小な変動（ゆらぎ）を与えて直進性を向上させる。変動成分としては、周波数（周期）変動、デューティ比変動、電圧振幅変動の内の１つ、またはこれらを２つ以上混合した変動を付与することで、ジェット流２ｂの延び縮みに変動を与えて直進性を高め、吐出位置精度を向上させる。
【００３３】
また、ジェット流２ｂが時間経過と共に太さが大きく変わるような特性を持つ液状物質２を使用した場合には、パターンが太くなる、あるいは細くなっていく傾向があるが、パルス電圧ＶＰに変動が付加されることでジェット流２ｂの太さに強弱を発生させ、液柱２ｂの太さが大きく変わることを抑制する。この効果により、パターン２ｄを細く安定化させることが可能になる。
【００３４】
図５は、パルス電圧の周波数に与える変動について説明するための図である。図６は、周波数が変動した場合のパルス電圧の形状を示した図である。
【００３５】
パルス生成手段３ａで生成した安定した周波数ｆに対して変動パルス生成手段３ｂを選択した場合には、図５に示すように、周期を一定のリズムで変動（図では正弦波変動）させて周波数ｆに変動成分ｆｒを付与する。周波数変動が与えられるため、図６に示すように、パルス電圧の周期Ｔ１と周期Ｔ２が異なることになる。
【００３６】
図７は、パルス電圧のデューティ比に与える変動について説明するための図である。図８は、デューティ比が変動した場合のパルス電圧の形状を示した図である。
【００３７】
他の例では、パルス生成手段３ａを選択した場合には、デューティ比Ｄ（パルスのＯＮ時間とＯＦＦ時間の比、あるいは正電圧と負電圧の比）は一定であるが、変動パルス生成手段３ｂを選択した場合には、図７に示すように刻々とデューティ比Ｄｒが変動する。
【００３８】
デューティ比が変動すると、図８に示すように周期Ｔが同じでもＰ１／Ｎ１，Ｐ２／Ｎ２は変動する。なおデューティ比をＯＮ時間が周期全体に示すパーセントで表してもよい。
【００３９】
図９は、パルス電圧の振幅に与える変動について説明するための図である。図１０は、振幅が変動した場合のパルス電圧の形状を示した図である。
【００４０】
さらに他の例では、パルス生成手段３ａを選択した場合には、パルス電圧ＶＰの振幅は一定であるが、変動パルス生成手段３ｂを選択した場合には、図９に示すように振幅Ｖｒが刻々と変動する。図１０に示すように、パルス電圧ＶＰのピークを結ぶ線が振幅Ｖｒの変動を示す。
【００４１】
なお、図５〜図１０では、パルス電圧ＶＰが１種類の変動成分のみを含んだ例を示したが、これら変動成分を２つ以上含むようにしてあっても構わない。
【００４２】
パルス生成手段３ａとしては、パルスやデジタル信号を発生するボードを使用するが、変動パルス生成手段３ｂも同じボードを使って指令方法（制御ソフトウェア）を変更するだけで対応可能である。
【００４３】
たとえば、波形データを格納したメモリからデータを読出す速度を変化させ読出したデータをＤ／Ａコンバータでアナログ波形に変換することによって任意の波形が発生可能である。
【００４４】
または、ソフトウェアでループ回数をカウントして所定回数に到達するとパルス電圧のＯＮ時間やＯＦＦ時間を終了させるような場合もある。この場合には、所定回数の代わりに、ランダム関数などを使用して、不規則なループ回数をカウントしながらパルス電圧ＶＰのオン、オフを制御することで、変動成分をランダムに生成するようにしてもよい。
【００４５】
図１１は、パルス生成手段３ａと変動パルス生成手段３ｂを使用してパターン２ｄを描画した場合の形状を模式的に示す図である。図１１（ａ）は、パルス生成手段３ａを用いてパターンを描画した例を示す。パルス電圧ＶＰは安定しているため、均一な幅のパターン２ｄ１が得られやすくなる。
【００４６】
図１１（ｂ）は、変動パルス生成手段３ｂを用いてパターンを描画した例を示す。パルス電圧ＶＰは変動成分を含むため、線幅は脈動して不均一なパターン２ｄ２になる場合が想定される。パターン２ｄ２の幅変動は、与えた変動成分の周期に起因して発生する。
【００４７】
パターン２ｄ２の幅変動は、特に、細線を描画しようとしてジェット流２ｃを細く絞って吐出量を減量した場合に起こり易くなるが、吐出する液状物質２の量を多目にしたり、描画速度を遅くしたり、あるいは、パターン２ｄ２を積層描画したりした場合には、パターン２ｄ２の幅変動は目立たなくなる。また、描画装置を微細配線の修正に用いる場合には線幅の脈動は問われないなど、用途によってはあまり問題にはならない。
【００４８】
パルス電圧ＶＰに与える変動幅を大きくしすぎると、線幅の脈動がより大きくなる、あるいは、途中で吐出が停止して点線状のパターンになるため、変動成分は、周波数、デューティ比、電圧振幅の５％以下に抑えることが望ましい。また、変動成分の変動周期は、パルス電圧ＶＰの周波数以下に設定すると良い。
【００４９】
［描画装置の周辺構成の説明］
図１２は、図１に示した描画装置の全体構成を示した斜視図である。図１２において、描画装置１０は、定盤１１を備える。定盤１１の中央部にチャック１２が設けられ、チャック１２には基板１３が固定される。また、定盤１１には、ガントリ型のＸＹステージ１４が搭載されている。ＸＹステージ１４は、Ｘ軸ステージ１４ａと門型のＹ軸ステージ１４ｂとを含む。Ｙ軸ステージ１４ｂは、チャック１２を跨ぐように設けられ、図中のＹ軸方向に移動する。Ｘ軸ステージ１４ａは、Ｙ軸ステージ１４ｂに搭載され、図中のＸ方向に移動する。
【００５０】
Ｘ軸ステージ１４ａには、上下方向に移動可能なＺ軸ステージ１５が搭載される。Ｚ軸ステージ１５には、観察光学系１６が固定される。観察光学系１６の上方にはレーザ１７が搭載され、その下方には対物レンズ１８を切り替える対物レンズ切り替え器１９が固定される。さらに、対物レンズ切り替え器１９には、図１で示した静電吸引式のインクジェットノズル１を固定支持する支持ユニット２０が固定される。レーザ１７は基板１３の表面に形成済みのパターンを除去、整形する場合などに用いられ、レーザ加工が不要な場合には搭載されない。
【００５１】
Ｘ軸ステージ１４ａ、Ｙ軸ステージ１４ｂ、およびＺ軸ステージ１５を制御することにより、観察光学系１６、支持ユニット２０の各々を基板１３表面の所望の位置の上方に移動させることが可能となる。
【００５２】
対物レンズ切り替え器１９は、互いに倍率が異なる複数の対物レンズ１８をＸＹ方向に移動させるＸＹステージの可動板を備える。可動板を移動させることで対物レンズ１８の倍率を変更したり、支持ユニット２０をＸＹ方向に移動させたりすることが可能となっている。なお、支持ユニット２０は、Ｚ軸ステージ１５に直接固定してあっても良い。
【００５３】
再び図１等を参照して、本実施の形態について総括する。図１を参照して、本実施の形態の描画装置は、ノズル１から吐出される液状物質２によって基板４にパターンを描画する描画装置であって、静電力を用いて液状物質２をノズル１の先端１ａから吐出する吐出装置と、ノズル１の先端１ａと基板４とが距離Ｇを保持した状態を維持しつつ、基板４とノズル１とを相対移動させるステージ５と、静電力を液状物質２に印加するパルス電圧を発生するパルス電圧発生装置３とを備える。パルス電圧発生装置３は、繰返し発生するパルス波形に変動成分を付与する。
【００５４】
好ましくは、図５、図６に示すように、変動成分はパルス電圧の周期変動である。
好ましくは、図７、図８に示すように、変動成分はパルス電圧のデューティ比変動である。
【００５５】
好ましくは、図９、図１０に示すように、変動成分はパルス電圧の電圧振幅変動である。
【００５６】
好ましくは、変動成分は、図６、図８、図１０のうち少なくとも２つを組み合わせた波形のように、パルス電圧の周期変動、デューティ比変動、電圧振幅変動のうち、少なくとも２つの変動成分を含む。
【００５７】
好ましくは、変動成分は、描画装置を制御するソフトウェアの不規則なループ回数で時間を管理して変動を与える。
【００５８】
好ましくは、パルス電圧に付与する変動成分の割合は、周期、デューティ比、電圧振幅の設定値に対して各々５％以下に設定される。
【００５９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６０】
１  インクジェットノズル、１ａ  先端、２，２ｃ  液状物質、２ａ  テーラーコーン、２ｂ  ジェット流、２ｄ，２ｄ１，２ｄ２  パターン、３  パルス電圧発生装置、３ａ  パルス生成手段、３ｂ  変動パルス生成手段、３ｃ  高電圧アンプ、３ｄ  切り替え手段、４，１３  基板、５，１４  ステージ、７  制御装置、１０  描画装置、１１  定盤、１２  チャック、１６  観察光学系、１７  レーザ、１８  対物レンズ、１９  対物レンズ切り替え器、２０  支持ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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